推动土木工程技术进步和创新的逆作工艺及思维

推动土木工程技术进步和创新的逆作工艺及思维

张超

山东高速德建集团有限公司

摘要:逆作法是一项新兴的地下施工技术。高层建筑推广应用逆作法，能够提高地下工程的安全性，可以大大节约工程造价，缩短施工工期,防止周围地基出现沉降。本文通过与传统顺作施工方法比较，阐述了逆作法施工的发展过程、技术特点、技术要求,以及对逆作法未来发展的展望。

关键词:发展过程;技术特点;工艺要点;展望

1.概述

随着我国国民经济的持续发展,大规模的交通、铁道、电力、地铁、水利以及城市规划与建设的迅猛发展,地面可用空间越来越少,所以如何合理开发与综合利用地下空间资源,已成为社会经济发展所面临的重要课题。由此,逆作法应运而生。

逆作法是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。逆作法是相对于建筑物施工的常规顺序而言的。建筑物施工的常规顺序是先开挖基坑，然后从基础开始，逐层向上施工，基坑开挖所需的支护，属于施工的措施，与建筑物的地下结构各不相干。而逆作法施工是利用地下结构的楼盖、梁、板、柱和外墙作为基坑围护结构和基础施工的支撑结构，在坑内的水平支撑体系和围护体系下由上而下进行地下结构的施工，与此同时可进行上部结构的施工，其施工顺序是自上而下进行的。

2.逆作法的发展过程

2.2地下结构施工法的三大类型

日本地下结构施工的显著发展是在1950年左右。当时,地下结构的施工方法，主要有下面三种:明挖法,深基础工法,沉箱法。

自1955年前后起,地下结构大多仅地下2层,通常使用的施工方法是以钢板桩作挡墙的明挖法。然而,对于软弱地层中的深开挖工程,则多数采用深基础工法和沉箱法并用的施工方法。

1959年开工的东京都日本生命日比谷大厦使用了气压式壁式沉箱深基础工法。施工中,外周采用壁式沉箱,中央部分柱下采用深基础工法。这种壁式沉箱不仅只作为柱基础，而是主要作为挡墙。施工的关键是如何在狭小的范围内正确地沉下去。壁式沉箱的外壁作为主体结构的地下室的外墙,而内墙作为临设墙。

2.3深基础工法的改良--逆作工法

进入60年代,建设公害成了社会问题,于是低振动、低噪声的机械被开发和使用,如贝诺特挖掘机、钻孔挖掘机,并引入了反循环工法等。机械化施工在各方面成为主流,机械的进步成了逆作法施工改良的要因。这一时期,地下4、5层的工程己随处可见,再加上这一时期焊接技术的进步和钢柱的开发等周边技术的发展,与机械化施工密切相关的逆作法得到了飞速发展。从60年代至70年代前期,逆作法最明显的特征表现在逆作结构起到了承担结构本体重量的支撑作用。原理是先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。分逆作法可以分为全逆作法、半逆作法、部分逆作法、分层逆作法。

后来,随着大口径掘削机的大力开发和进步,地下连续墙工法也同时发展起来，地下连续墙法是日木在1959年从意大利引进开发起来的。1965年前后,代替以往的钢板桩和横列板桩,采用地下连续墙作为挡土墙、止水墙,这种替代,后被广泛使用。地下连续墙工法与逆作法结合起来使用,使地下工程更具合理性、安全性,两个方法的优点得到了更加充分的发挥。

1970年以来,由于施工精度的提高、成本的降低、工期的缩短等各方面的原因,逆作法施工中将立柱作为结构本体柱的作法越来越广泛。

3.逆作法施工的技术特点

3.1地上地下同时施工,缩短工程施工的总工期

带多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构工期加地上结构工期。而用逆作法施工，其他各层地下室可与地上结构同时施工，不占绝对工期，因此可以缩短工程的总工期。地下结构层数愈多，用逆作法施工工期缩短愈显著。

3.2楼盖支撑刚度大,基坑变形小,相邻建筑物沉降小

采用逆作法施工，是利用逐层浇筑的地下室结构作为地下连续墙的内部支撑。由于地下室结构与临时支撑相比刚度大得多，所以地下连续墙在侧压力作用下的变形就小得多。特别是当在地铁或管道等这类高位置的地下公共结构近旁施跨连续板结构，与无中间支承柱的情况相比跨度减小，从而使底板的隆起也减少。因此，逆作法施工能减少基坑变形,。

3.3可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用

多层地下室采用常规的临时支护结构施工，地下室需设置外墙及外墙下工程桩，工程费用相当可观。而采用逆作法施工，地下连续墙既作基坑开挖挡土阻水的支护结构，又可作为地下室永久性承重外墙，把临时性支护结构与永久性地下室承重外墙合为一体，材料得到充分利用,同时还可利用地下连续墙承受地下室各楼层、地下室底板和地下室外墙的上部结构的垂直荷载。所以，采用逆作法施工可省掉地下室外墙及外墙下工程桩的工程费用。

3.4节省支护结构支撑

深度较大的多层地下室，如用传统方法施工，为减少支护结构的变形，需设置强大的内部支撑，不但需要消耗大量钢材，施工费用亦相当可观。而用逆作法施工，土方开挖后是利用地下室楼盖结构本身来作为支撑，可省去支护结构的临时支撑。

3.5适用于复杂形状的地下工程

当平面形状是一种复杂的不规则形状时,如用顺作法施工,那么挡墙向支撑的侧压力传递就很难确实的进行,并且无法做到均等,这样就会导致在某些局部地方出现应力集中现象。另外,由于支撑之间有非直角相交之处,常常会因接口松弛而导致不稳定因素。

在这种情况下,采用逆作法施工时,结构本身就是与平面形状相吻合的钢筋

混凝土或型钢混凝土支撑体系,大大提高了安全性。

3.6使底板设计趋向合理

钢筋混凝土底板要满足抗浮要求。用传统方法施工时，底板浇筑后支点少，跨度大，上浮力产生的弯矩值大，有时为了满足施工时抗浮要求需加大底板的厚度，或增强底板的配筋。而当地下和地上结构施工结束，上部荷载传下后，为满足抗浮要求而加厚的混凝土，反过来又作为自重荷载作用于底板上,因而使底板设计不尽合理。用逆作法施工，在施工时底板的支点增多，跨度减小，较易满足抗浮要求，甚至可减少底板配筋,使底板的结构设计趋向合理。

3.7逆作法的一些不足之处

逆作法挖土和出土均为暗挖,下层楼盖施工受到上层楼盖的影响,土方运输、材料运输、拆装模板以及混凝土的浇筑都存在不少的障碍。由于中间支撑柱及上层楼盖先施工的要求,梁柱节点构造、墙柱及侧墙上下施工缝的构造及质量控制均需要制定严格的要求。工作人员也基本处于封闭的环境中,工人的施工作业条件较差。

 结语
采用多层地下室逆作工艺可节约投资、缩短工期、推进设计与施工的一体化。逆作工艺已在建筑工程的基础、地下室、框架结构墙体、屋面防水及抗震方面成功应用 ,在预应力技术、全天候施工、高耸塔器安装、桥梁建造、隧道掘进、隧洞支护等领域也有典型应用。应大力推广并应用逆作工艺及其思维方法 ,推动技术进步和创新 。

参考文献
1. 探讨土木和建筑工程中的逆作工艺应用 [J] . 秦定兵 . 建材与装饰：下旬 . 2012,第007期

2. 土木和建筑工程中的逆作工艺应用综述 [J] . 王龙 ,周福祥 ,薛春林 . 建筑技术 . 2002,第005期

3. 推动土木工程技术进步和创新的逆作工艺及思维 [J] . 王龙 . 江苏建筑 . 2001,第004期